一種深井煤礦高效換熱器的制造方法
【專利摘要】一種深井煤礦高效換熱器，涉及換熱器【技術(shù)領(lǐng)域】，其結(jié)構(gòu)包括水箱，導(dǎo)流筒，殼體和管束，管束包括多個(gè)換熱管和固定件，通過沿管束軸向間隔設(shè)有橫向湍流機(jī)構(gòu)和縱向湍流機(jī)構(gòu)，基于流體動(dòng)力學(xué)原理，橫向湍流機(jī)構(gòu)和縱向湍流機(jī)構(gòu)均內(nèi)間隔交替分布有換熱管支承桿和湍流桿以及設(shè)置在湍流桿上的微擾流件，湍流桿結(jié)構(gòu)以桿式支撐替代原弓形擋板，相鄰的湍流機(jī)構(gòu)相互橫、豎垂直分布，取代折流板作換熱管之間的支撐物，使殼程流體由橫向流動(dòng)變?yōu)槠叫辛鲃?dòng)，不僅大大減少了傳熱死區(qū)，而且大幅度減少了流體因多次反復(fù)折流而損失的殼程壓降；還可使對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值，實(shí)現(xiàn)低雷諾數(shù)下液體的微尺度流動(dòng)與傳熱，大大增加本實(shí)用新型的傳熱效率。
【專利說明】一種深井煤礦高效換熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及換熱器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種深井煤礦高效換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦是當(dāng)今世界最主要的礦石能源，以我國(guó)發(fā)電裝機(jī)為例，燃煤機(jī)組占全部裝機(jī)容量約80%。煤礦資源隨著開采強(qiáng)度和范圍的增大，淺部資源越來越少，深部煤礦資源將是我國(guó)未來主體能源的后備保障。
[0003]隨著開采深度的不斷增加，原巖溫度不斷升高，開采與掘進(jìn)工作面的高溫?zé)岷θ找鎳?yán)重。這種高溫環(huán)境使得井下作業(yè)人員體能下降、工作效率嚴(yán)重降低，易產(chǎn)生高溫中暑、熱暈并誘發(fā)其他疾病以及神經(jīng)中樞系統(tǒng)失調(diào)，從而造成職工防護(hù)能力降低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全。因此，必須要盡快研制出一種適用于深井煤礦的高效換熱器，以解決深井煤礦的熱害問題。
[0004]換熱器是深井煤礦開采中的關(guān)鍵設(shè)備，基于水資源、節(jié)能和煤礦開采安全等的綜合考慮，我國(guó)在開采的深井煤礦以水為介質(zhì)，通過熱交換方式冷卻開采工作面?，F(xiàn)大多數(shù)深井煤礦中使用的換熱器多為傳統(tǒng)管殼式換熱器，該種換熱器在殼程設(shè)置若干塊折流板，使流體高速橫向沖刷管束，從而提高傳熱效果。但折流板換熱器有幾個(gè)致命缺陷:在殼側(cè)存在大量流動(dòng)死區(qū)，使有效傳熱面積減少25?30% ;流體的橫向沖刷使管束產(chǎn)生誘導(dǎo)振動(dòng)，形成管頭松動(dòng)或管子斷裂，設(shè)備壽命周期短；殼側(cè)流動(dòng)阻力大，增加工業(yè)水泵的能耗；污垢容易沉積，導(dǎo)致傳熱效果惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種深井煤礦高效換熱器，該深井煤礦高效換熱器可大大減少傳熱死區(qū)，大幅度減少流體因多次反復(fù)折流而損失的殼程壓降，提高傳熱效率。
[0006]本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]提供一種深井煤礦高效換熱器，包括水箱、連接于水箱的導(dǎo)流筒、連接于導(dǎo)流筒的殼體，殼體內(nèi)設(shè)置有管束，管束包括多個(gè)換熱管和用于固定多個(gè)換熱管的固定件，沿管束軸向間隔設(shè)有橫向瑞流機(jī)構(gòu)和縱向瑞流機(jī)構(gòu)，橫向瑞流機(jī)構(gòu)和縱向瑞流機(jī)構(gòu)均包括用于支撐換熱管的折流桿和用于固定折流桿的折流圈，折流桿與換熱管平行設(shè)置，折流桿的直徑等于相鄰兩根換熱管之間的間隙；相鄰兩根折流桿之間設(shè)置有湍流桿，湍流桿上設(shè)置有微擾流件。
[0008]其中，微擾流件均勻分布于湍流桿上。
[0009]其中，相鄰的兩個(gè)橫向湍流機(jī)構(gòu)設(shè)置一個(gè)縱向湍流機(jī)構(gòu)。
[0010]其中，深井煤礦高效換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)置為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
[0011]其中，折流桿的直徑大于湍流桿的直徑。
[0012]其中，水箱底部設(shè)置有支撐腳。[0013]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型通過沿管束軸向間隔設(shè)有橫向湍流機(jī)構(gòu)和縱向瑞流機(jī)構(gòu)，基于流體動(dòng)力學(xué)原理，橫向瑞流機(jī)構(gòu)和縱向瑞流機(jī)構(gòu)均間隔交替分布有換熱管支承桿和湍流桿以及設(shè)置在湍流桿上的微擾流件，湍流桿結(jié)構(gòu)以桿式支撐替代原弓形擋板，相鄰的湍流機(jī)構(gòu)相互橫、豎垂直分布，取代折流板作換熱管之間的支撐物，使殼程流體由橫向流動(dòng)變?yōu)槠叫辛鲃?dòng)，不僅大大減少了傳熱死區(qū)，而且大幅度減少了流體因多次反復(fù)折流而損失的殼程壓降；還可使對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值，實(shí)現(xiàn)低雷諾數(shù)下液體的微尺度流動(dòng)與傳熱，大大增加本實(shí)用新型的傳熱效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]利用附圖對(duì)實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
[0015]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是橫向湍流機(jī)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是縱向湍流機(jī)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖1至圖3中包括有:
[0019]水箱I ;
[0020]導(dǎo)流筒2 ；
[0021]殼體3;
[0022]換熱管4 ；
[0023]橫向湍流機(jī)構(gòu)5;
[0024]縱向湍流機(jī)構(gòu)6;
[0025]折流桿7 ；
[0026]湍流桿8 ；
[0027]微擾流件9 ；
[0028]支撐腳10。
【具體實(shí)施方式】
[0029]結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0030]本實(shí)施例的一種深井煤礦高效換熱器，如圖1至圖3所示，包括水箱1、連接于水箱I的導(dǎo)流筒2、連接于導(dǎo)流筒2的殼體3，殼體3內(nèi)設(shè)置有管束，管束包括多個(gè)換熱管4和用于固定多個(gè)換熱管4的固定件,沿管束軸向間隔設(shè)有橫向瑞流機(jī)構(gòu)5和縱向瑞流機(jī)構(gòu)6，橫向瑞流機(jī)構(gòu)5和縱向瑞流機(jī)構(gòu)6均包括用于支撐換熱管4的折流桿7和用于固定折流桿7的折流圈，折流桿7與換熱管4平行設(shè)置，折流桿7的直徑等于相鄰兩根換熱管4之間的間隙；相鄰兩根折流桿7之間設(shè)置有湍流桿8，湍流桿8上設(shè)置有微擾流件9。
[0031]其中，微擾流件9均勻分布于湍流桿8上。
[0032]其中,相鄰的兩個(gè)橫向瑞流機(jī)構(gòu)5設(shè)置一個(gè)縱向瑞流機(jī)構(gòu)6。即一個(gè)橫向瑞流機(jī)構(gòu)和一個(gè)縱向湍流機(jī)構(gòu)交錯(cuò)設(shè)置。
[0033]其中，深井煤礦高效換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)置為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可使得換熱的液體流速穩(wěn)定。
[0034]其中，折流桿7直徑大于湍流桿8的直徑。湍流桿8的作用是固定微擾流件，因此直徑不用很大。微擾流件的作用是使流體產(chǎn)生湍流，強(qiáng)化傳熱。
[0035]其中，水箱I底部設(shè)置有支撐腳10。支撐腳10可墊高換熱器，換熱器不直接放在地面，可減少熱量從地面?zhèn)鞒觥?br> [0036]本實(shí)用新型通過沿管束軸向間隔設(shè)有橫向湍流機(jī)構(gòu)5和縱向湍流機(jī)構(gòu)6，基于流體動(dòng)力學(xué)原理，橫向瑞流機(jī)構(gòu)5和縱向瑞流機(jī)構(gòu)6均間隔交替分布有換熱管4支承桿和瑞流桿8以及設(shè)置在湍流桿8上的微擾流件9，湍流桿8結(jié)構(gòu)以桿式支撐替代原弓形擋板，相鄰的湍流機(jī)構(gòu)相互橫、豎垂直分布，取代折流板作換熱管4之間的支撐物，使殼程流體由橫向流動(dòng)變?yōu)槠叫辛鲃?dòng)，不僅大大減少了傳熱死區(qū)，而且大幅度減少了流體因多次反復(fù)折流而損失的殼程壓降。還可使對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值，實(shí)現(xiàn)低雷諾數(shù)下液體的微尺度流動(dòng)與傳熱，大大增加本實(shí)用新型的傳熱效率。
[0037]本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)緣由如下:
[0038]1.換熱能力強(qiáng)。整個(gè)換熱器的核心是加熱與降溫，換熱器是熱量利用和轉(zhuǎn)換的工具，必須提供高效能的換熱器。折流桿裝置是深井煤礦高效換熱器的核心部件。折流桿7的直徑等于相鄰兩根換熱管4之間的間隙，因而折流桿7與換熱管4之間無間隙。換熱管4穿過相鄰的折流圈上的折流桿7所組成的通道，即被折流桿7緊緊夾住，從上下左右四個(gè)方位固定。其目的在于通過改善折流桿7支承方式，從而抑制了管子的不良振動(dòng)。折流桿7與管子相互垂直，其接觸方式是點(diǎn)接觸，因此其對(duì)管子振動(dòng)有較強(qiáng)的抑制作用，又便于換熱管4呈錯(cuò)排排列，因此對(duì)管子不易造成磨損。這可以提高對(duì)數(shù)衰減比，以減少流體對(duì)管子的振動(dòng)，延長(zhǎng)使用壽命，提聞?chuàng)Q熱能力。
[0039]2.結(jié)構(gòu)緊湊。第一，礦井提供的電梯空間很小，設(shè)備的體積嚴(yán)格控制，要求設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。在換熱面積不變或減少的情況下，通過提高流體的對(duì)數(shù)平均溫差可以保證換熱器的工作要求。采用本實(shí)用新型后，能大大減少流體阻力，提高流速，從而增大流體對(duì)數(shù)平均溫差，達(dá)到在較小換熱面積的情況下保證換熱器的工作效率。換熱面積的減小又使得換熱器總體積的減小，因此使得換熱器的結(jié)構(gòu)更為緊湊，節(jié)省空間和材料達(dá)到使用目的。
[0040]第二，本實(shí)用新型的核心部件采用低雷諾數(shù)下液體的微尺度流動(dòng)與傳熱技術(shù)后，大大減少了流動(dòng)死區(qū)，相當(dāng)于增大了有效換熱面積。在和傳統(tǒng)換熱器體積相同的情況下，本實(shí)用新型的有效傳熱面積增加20?30%。
[0041]綜上兩點(diǎn)，深井煤礦聞效換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少，換熱效率聞。
[0042]3.防腐能力強(qiáng)。礦井水中，各種礦物質(zhì)特別是氯根離子含量極高，對(duì)設(shè)備腐蝕性很強(qiáng)；因此必須要采用相關(guān)防腐蝕材料，提高換熱器的防腐蝕能力。本新型深井煤礦高效換熱器為了達(dá)到防流體腐蝕，專門在殼程下了功夫，通過運(yùn)用錯(cuò)位湍流技術(shù)，使流經(jīng)換熱管4外表面的流體變一股流為多股流，流體縱向流過管束，流動(dòng)阻力小，在防止流體誘導(dǎo)振動(dòng)的同時(shí)也加強(qiáng)水流的微擾動(dòng)，不斷改變流體的流動(dòng)方向和流動(dòng)速度，產(chǎn)生混合流，大大減少流動(dòng)死區(qū)和漏流死區(qū)。消除了流動(dòng)死區(qū)，減小了污垢沉積，有效防止了污垢等雜質(zhì)對(duì)管子的腐蝕?？梢詼p少設(shè)備內(nèi)部清洗的工作量，延長(zhǎng)清洗周期，防腐蝕效果顯著。
[0043]4.換熱性能好。換熱管4是換熱器的換熱元件，換熱管4通過管壁進(jìn)行換熱，換熱過程中有以下五個(gè)影響換熱效果的因素:[0044](I)熱阻Rl:介質(zhì)通過對(duì)流換熱使熱量傳向換熱管4壁，對(duì)流換熱強(qiáng)度的大小決定換熱能力的好壞，我們稱之為熱阻R1，熱阻Rl的大小與蒸汽的流動(dòng)狀況及管子表面狀況有關(guān);
[0045](2)污垢熱阻R2和R4:管子內(nèi)外表面各有一層污垢，污垢對(duì)熱傳遞有負(fù)面影響，稱為污垢熱阻R2及R4 ;
[0046](3)導(dǎo)熱熱阻R3:管壁導(dǎo)熱系數(shù)的高低反映在導(dǎo)熱熱阻R3的大小上。R3與管子材料有關(guān)；
[0047](4)對(duì)流換熱熱阻R5:管壁傳遞的熱量通過對(duì)流換熱向介質(zhì)傳遞，產(chǎn)生的對(duì)流換熱熱阻稱為R5。
[0048]換熱器換熱熱阻R越小，則傳熱能力越強(qiáng)。對(duì)于水-水熱器而言，R1、R2的影響是最重要的，故強(qiáng)化傳熱的目標(biāo)主要是減小Rl和R2。
[0049]Rl與水流速成反比，但殼體3內(nèi)的流速提高是有限的。
[0050]R2與污垢的厚度有關(guān)，強(qiáng)化傳熱主要是采取措施減少污垢的沉積。
[0051]R3是由材料決定的。
[0052]經(jīng)過研究分析發(fā)現(xiàn)，一定頻率的輕微擾動(dòng)能大大削弱層流邊界層，減小熱阻R1、污垢熱阻R2和R4和對(duì)流換熱熱阻R5，提高換熱系數(shù)。傳統(tǒng)換熱器由于其結(jié)構(gòu)局限，要強(qiáng)化傳熱必須提高流速，但提速后會(huì)增大阻力，產(chǎn)生振動(dòng)，這種矛盾是傳統(tǒng)折流板換熱器的結(jié)構(gòu)所決定的。
[0053]流體流過物體時(shí)，由微觀分析可知，緊靠表面的液體是不流動(dòng)的，這就是我們所說的層流邊界層。層流邊界層是還可使對(duì)流換熱系數(shù)低的最大影響因素。
[0054]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，通過折流桿7來改變流動(dòng)狀況能大大削弱層流邊界層，減小Rl和R5，提高對(duì)流換熱系數(shù)。
[0055]本實(shí)用新型的深井煤礦高效換熱器具有以下優(yōu)勢(shì):
[0056]I)、消除流動(dòng)死區(qū)，提高有效傳熱面積；
[0057]2)、變均勻流場(chǎng)為不均勻流場(chǎng)，使流體內(nèi)部也發(fā)生熱交換，提高熱交換效率；
[0058]3)、與傳統(tǒng)折流板式換熱器相比，加工簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊，在同等條件下，傳熱系數(shù)提高30?50%，有效傳熱面積增加20?30%，可充分進(jìn)行熱交換，減少熱量損失，流動(dòng)阻力減小20?30%，可大大減少泵的電力損耗。
[0059]最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種深井煤礦高效換熱器，包括水箱、連接于水箱的導(dǎo)流筒、連接于導(dǎo)流筒的殼體，殼體內(nèi)設(shè)置有管束，管束包括多個(gè)換熱管和用于固定多個(gè)換熱管的固定件，其特征在于:沿管束軸向間隔設(shè)有橫向瑞流機(jī)構(gòu)和縱向瑞流機(jī)構(gòu)，橫向瑞流機(jī)構(gòu)和縱向瑞流機(jī)構(gòu)均包括用于支撐換熱管的折流桿和用于固定折流桿的折流圈，折流桿與換熱管平行設(shè)置，折流桿的直徑等于相鄰兩根換熱管之間的間隙；相鄰兩根折流桿之間設(shè)置有湍流桿，湍流桿上設(shè)置有微擾流件。
2.如權(quán)利要求1所述的一種深井煤礦高效換熱器，其特征在于:微擾流件均勻分布于湍流桿上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種深井煤礦高效換熱器，其特征在于:相鄰的兩個(gè)橫向湍流機(jī)構(gòu)設(shè)置一個(gè)縱向湍流機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種深井煤礦高效換熱器，其特征在于:深井煤礦高效換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)置為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種深井煤礦高效換熱器，其特征在于:折流桿的直徑大于湍流桿的直徑。
6.如權(quán)利要求1所述的一種深井煤礦高效換熱器，其特征在于:水箱底部設(shè)置有支撐腳。
【文檔編號(hào)】F28D7/10GK203443414SQ201320308495
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】李 權(quán), 何滿潮, 郭平業(yè), 尤天運(yùn), 藍(lán)月華, 梁榮武, 李伯周 申請(qǐng)人:茂名市茂港電力設(shè)備廠有限公司